生物安全柜风速控制方法

于吉帅 郑永权

（冰山松洋生物科技（大连）有限公司，辽宁 大连 116600）

一、概述

本文主要讲述的生物安全柜是采用双风机控制的（下降风机和排气风机），控制器通过调节下降风机和排气风机的转速，实现控制下降风速（0.32m/s）和流入风速（0.53m/s）的目的，下面将详细讲述下降风速和流入风速的控制方法。

二、硬件选型及风速控制方法

1.下降风机选型

下降风速是通过下降风机垂直向下气流所产生的，因此下降风机选择轴流式风机。根据II级A2生物安全柜的性能要求，选取了ebm-papst品牌的R1G310-AD17-20型号作为下降风机使用。

2.排气风机选型

流入风速是通过排气风机将一部分下降气流和一部分流入气流进行排出时所产生的，因此下降风机选择离心式风机。根据II级A2生物安全柜的性能要求，选取了ebm-papst品牌的D1G160-DA33-19型号作为排气风机使用。

3.风速传感器选型

风速传感器分别测量下降风速和流入风速，因为下降风速和流入风速标称值分别为0.32m/s和0.53m/s,因此需要量程至少1m/s，分别率为0.01m/s的风速传感器，信号传输方式为4-20mA。

4.控制器选型

PLC作为控制器，PLC自带AD/DA模块，可进行16位运算,AD模块将风速传感器的4-20mA信号转换成数字量，DA模块将数字量转换成0-10V模拟量输出给风机调速端口。

5.下降风速控制方法

生物安全柜的下降风速通过柜内的风速传感器进行读取，下降风速传感器将风速转换成4—20mA的电流信号传输到控制器输入端，控制器通过AD转换器将电流信号模拟量转换成程序可识别的数字量，在程序内部进行运算，控制器根据运算结果，通过DA转换器输出0—10V的控制信号给下降风机控制端（调速端口），对下降风机进行调速，实现对下降风速的闭环控制。控制器实现下降风速调节算法如下[1]。

设备预热开始时，为了快速启动风机，控制器会给风机一个初始的DA值4000（风机调速范围：0～10000）

风机转动后，下降风速差值：D80(下降风速测量值-0.32)：

当D80>0.5时DA值减40（程序每2秒控制一次）；

当D80<-0.5时DA值加40（程序每2秒控制一次）；

当0.2

当-0.5<=D80<-0.2时DA值加15（程序每2秒控制一次）；

当0.15

当-0.2<=D80<-0.15时DA值加5（程序每5秒控制一次）；

程序中为防止风机失控，DA值限幅10000。

6.流入风速控制方法

生物安全柜的流入风速通过柜内的风速传感器进行读取，排气风速传感器将风速信号转换成4—20mA的电流信号传输到控制器输入端，控制器通过AD转换器将电流信号模拟量转换成程序可识别的数字量，在程序内部进行运算，控制器根据运算结果，通过DA转换器输出0—10V的控制信号给排气风机控制端（调速端口），对排气风机进行调速，实现对下降风速的闭环控制。控制器实现流入风速调节算法如下。

设备预热开始时，为了快速启动风机，控制器会给风机一个初始的DA值7000（风机调速范围：0～10000）

风机转动后，流入风速差值：D81(流入风速测量值-0.53)：

当D81>0.5时DA值减40（程序每3秒控制一次）；

当D81<-0.5时DA值加40（程序每3秒控制一次）；

当0.2

当-0.5<=D81<-0.2时DA值加15（程序每3秒控制一次）；

当0.15

当-0.2<=D81<-0.15时DA值加5（程序每5秒控制一次）；

程序中为防止风机失控，DA值限幅10000。

三、实验结果

图1 风速调节曲线

从上述试验结果可以看出，两台风机启动后，由于控制器给两台风机初始DA值，风速值迅速增高，然后风速曲线斜率逐渐减小，说明风速正在按照控制程序进行调节，最终稳定至设定风速值。